LED照明的部落格

受到正向電流、使用壽命和溫度效應影響，LED照明系統運作期間會產生顏色偏移現象，因此半導體廠已在新一代智慧型LED驅動方案中，加入光譜調變技術，利用回饋訊號進行LED光譜特性補償，達到顏色一致的效果。

如果請消費者描述完美光源所應具有的特性，那麼在他們的描述中，你可能聽到--功耗要最低、光輸出和顏色是可調整的、使用時間長等要求，但這只是部分理想特性。功耗要低即代表需要最低的輸入能量，也就是指輸入功率高效地轉換為流明輸出，被稱為電源效率；調節光輸出與減弱光亮度的調光有關，或可以增加照明設備的顏色調節，以便模擬白天與夜晚相對的狀況；並且藉著調節流過發光二極體(LED)的偏壓電流(Bias Current)，將光輸出維持在較長的使用壽命期間。

白熾燈電源效率低且使用壽命也較短，鈉燈可供選擇的顏色很少並且使用壽命短，螢光燈在改裝(Retro-fit)應用中調光選擇較少，且使用壽命短。相較之下，高亮度LED可具有良好的發光效能、較長的使用壽命、易於調光控制的顏色選擇且無紫外線(UV)，這些特性都可以具備控制器的智慧設計或LED驅動器實現。智慧LED驅動器可以在使用期間內針對亮度衰減進行調節，提供驅動特性來調節顏色，並獲得所需顏色和亮度的LED分選(Binning)，其做法是通過針對系統中一組不同LED使用光譜調變，來獲得所需的顏色和亮度。

光譜調變實現多樣色彩

光譜調變結合數種LED的光譜能量分佈，例如適當地混合紅光、綠光和藍光LED可產生白光。這種三原色(RGB)組合還可用於創造幾乎所有顏色的光。如果LED驅動器沒有被設計來調節一組不同的LED，那麼設計人員必須從分選組合LED中選擇以便創造出特定的顏色。分選組合是製造商根據發光流明和顏色將LED分類的過程。圖1是一個實例，顯示用於LED產業標準設定的分選組合。

圖1 在色度圖上的LED分選組合

分選組合由繪製在色度圖上的矩形區域顯示。一組包含特定分選組合LED的照明設備，在顏色和亮度特性方面將會很相近。然而，在包含許多照明設備的大型辦公室或工廠環境中，分選組合可能仍會導致不均勻的光色，這在一組大型照明設備中顯而易見。一個經分選組合的LED設計無法提供改變照明設備顏色的方法。利用回饋來調變系統中不同LED光譜特性的一組不同顏色LED，能夠在辦公室環境中建立起補償照明系統，從而在整個房間內形成均勻的效果。光譜調變還可以補償其他影響，例如窗戶朝外的房間邊上的自然光或反射進房間的走廊照明。

LED的另一個影響是因LED正向電流變化而引起的色偏。圖2顯示用於LED產業設置的顏色變化與正向電流間的關係。LED驅動器可以設計成採用嚴格的恆定電流(Constant Current, CC)輸出容差，然而，嚴格的CC容差將增加LED驅動器的成本。業界較低成本方案是設計人員使用回饋系統調節LED色偏，這種做法中，由於正向電流經過一組LED，回饋可用來補償顏色變化。

圖2 應用中的LED燈單元

分選組合LED通常帶來製造方面的影響，導致LED採購成本的增加。正因為LED分選組合設置是特定的，一些LED驅動器可能仍然不能與經過眾多照明設備的分選組合LED應用之正向偏置電流設置相匹配。另外，溫度效應和壽命退化影響，也會引起照明設備顏色的變化。

[@B]光譜調變回饋法自動調色[@C] 光譜調變回饋法自動調色

光譜調變回饋法系可以抵消系統變化影響的回饋或控制方案，可創造自動調節顏色和亮度的照明設備。色彩感測器和微控制器可用於處理感測器輸入，例如，色彩感測器使用光電二極體，採用非有機的(Non-organic)三路濾色器，在溫度和老化變化方面提供出色的穩定性和極低漂移，且濾色器可設計成用於實施人眼的光譜敏感曲線(CIE1931)。閉合回路光譜調變光源的原理圖如圖3所示。

圖3 光譜調變光源

圖3所示為採用微控制器的控制回路。控制回路通過感測器來測量亮度和顏色，並使用脈寬調變(PWM)訊號來調節LED燈串中的電流。該方案利用PWM輸入訊號，控制個別LED串電流。電源可以是功率因數校正(Power Factor Correction, PFC)前級，後接半橋諧振(LLC)直流對直流(DC-DC)次級，以便為多個LED燈串供電，如圖4。電源也可以是一個現有的設計，採用控制回路控制對電源的回饋。替代設計可以使用三個功率轉換器(30瓦(W)/10瓦/10瓦)組成，各自控制三組LED串，使用白光、綠光和琥珀光產生一個以白光為基礎的調變系統，或使用帶有相同電源的三種燈串來混合紅光、綠光和藍光三種LED燈串，實現更寬泛的顏色調變範圍。毋須對LED顏色進行分選組合，且廠商可選擇具有照明應用所需性能的低成本LED。

圖4 光譜調變光源用電源

系統應用實例

以調變辦公室環境中的白光照明為例，三個返馳式PFC電源以並聯方式運行，輸出功率高達30瓦的主電源驅動主白光LED燈串，兩個附加電源則各自提供高達10瓦的功率，用於包含琥珀光和綠光LED的LED燈串，提供50瓦的總電源。圖5顯示在全功率下的光源設計。色彩感測器位於光源陣列的中間，正面朝下，以實現光色和光強度的正確測量。

圖5 滿功率下的光譜調變光源

圖6顯示光源漸暗。注意某些光源實際上關閉了，這是因為處於高環境光照條件下影響，例如來自窗戶的太陽光。

圖6 光譜調變光源亮度逐漸變暗

光譜調變LED系統可在辦公室或工廠環境中提供一致的顏色特性。光譜調變允許對太陽光或其他光源進行顏色補償，這些光源可能影響需要亮度和顏色控制的空間。回饋系統還可以彌補與LED壽命和色偏相關的老化或漂移影響。因為光譜調變回饋可用於控制顏色，因而消除嚴格的分選組合LED成本影響。其他優勢包括校準、實施預先保護特性，並設置安全光照條件來平衡光輸出與來自備用電池對所需脫險通道進行照明所用的電能，以及可以通過無線介面對特定設備而非整個系統，進行遠端控制調光。

via LEDINSIDE